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关键词： 地震   离散单元法   钢筋混凝土框架剪力墙结构   倒塌破坏  

摘要： 地震的发生往往出乎预料,短短几秒间山崩地裂。地震属于一种频发性自然灾害并极具破坏性。地震作用往往引起建筑物倒塌,造成人员和财产的重大损失。为了更好的分析建筑物倒塌的特点,国内外的专家学者采用了试验、模拟等方法进行研究,但因成本、试验条件等原因的限制,大多依赖数值模拟分析方法,来对钢筋混凝土结构在地震作用下的倒塌破坏全过程进行研究。其中有限单元法与离散单元法较为常见。由于结构倒塌过程极其复杂,采用有限元方法进行模拟时,可能存在结果奇异、不收敛及倒塌形态不准确等缺点,而离散单元法在此存在优势,故本文将采用离散单元数值模拟方法对建筑结构进行倒塌仿真分析。在离散单元方法中,钢筋混凝土结构通常被离散成为梁柱单元、板单元、节点单元及地面单元等不同类型的单元。相邻单元间由混凝土弹簧组和钢筋弹簧组连接,通过引入任意加载路径下单轴本构关系来反应结构的受力、运动及变形过程。结构响应则采用同步动态松弛法进行求解。在已有研究成果上,本文以离散单元法理论为基础,建立了基于材料层次的断裂准则,以便计算断裂问题;对结构单元的碰撞过程进行了分析研究,分析了几种常见的接触碰撞模型;提出了一种快速检索接触技术,提高了计算执行效率。借助于Microsoft Visual Studio开发工具、FORTRAN语言开发出了钢筋混凝土结构倒塌仿真系统SMS＿Collapse,对其断裂、接触及碰撞模块进行编程,使其实现对断裂、接触及碰撞过程的模拟。运用程序分别对钢筋混凝土框架结构及框架剪力墙结构模型施加了对应的地震波,对其进行了从初始完整结构,直到结构倒塌破坏的全过程进行了模拟仿真分析,并对计算结果进行处理,得出某一时刻结构单元的运动状态图,以验证本文中提出方法的正确性。将离散元仿真计算结果与试验中结构实际破坏倒塌形态或有限元仿真计算结果进行对比,验证仿真分析系统SMS＿Collapse对钢筋混凝土结构倒塌全过程仿真计算结果的有效性。算例结果均能够较准确的再现试验结果,证实了仿真分析系统SMS＿Collapse具有对钢筋混凝土结构倒塌全过程模拟的可用性。

关键词： 黄土滑坡   坡体结构   地震作用   运动学   离散元   滑移距  

摘要： 黄土高原是我国黄土最为发育的地区,同时也是地震频发的地区,黄土特有的架空结构及弱胶结特性使其具有极高的地震易损性,历史上的强震都曾在该地区引发了大量的滑坡等地震灾害。大量的震害调查及研究表明,黄土斜坡内部广泛发育的构造节理面、土-岩地层接触面、软化液化层等复杂结构往往是导致黄土地震滑坡的关键因素。本文在对黄土高原地区斜坡坡体结构大量现场调查的基础上,以临汾乡宁滑坡、静宁孙家沟滑坡、固原石碑塬滑移为典型案例,采用颗粒离散元软件分别模拟了构造节理斜坡、土-岩接触面斜坡、含软化液化层斜坡三类不同坡体结构斜坡地震作用下的破坏过程,对滑坡的滑动过程、破坏机理、滑体的运动堆积特征进行了分析,在此基础上提出了一种基于运动学原理的,适用于地震作用下不同结构滑坡的滑移距计算方法。主要结论如下:(1)黄土地区斜坡内发育的复杂坡体结构主要包括黄土节理及裂隙、黄土落水洞及陷穴、黄土-泥岩基岩等地层接触面、黄土砂质及粉质等饱水软化层及液化层。其中,黄土节理及裂隙面对斜坡整体的分割作用、黄土-泥岩接触面处土体的双层异质特性、黄土软化液化层的流滑特性,均在一定程度上决定着斜坡破坏的过程及机理、滑体的运动学特征等。(2)构造节理型斜坡的破坏过程可归纳为:裂纹沿节理两端扩展—坡体内滑动面贯通—滑体沿节理面滑落。土-岩接触面斜坡的破坏过程可归纳为:坡顶受地震放大作用的率先塌陷破坏—裂纹沿接触面不断向下扩展—裂纹扩展至坡脚—滑动面贯通。含软化液化层斜坡的破坏过程可归纳为:斜坡内的软化层的地震液化—坡脚处土体的剪出破坏—斜坡上覆黄土层拉张断裂破碎—断裂破碎黄土体在液化层拖浮作用下的波浪状流滑。(3)构造节理面破坏了斜坡的整体结构,节理面处土体极低的粘聚力及构造节理面的平直光滑特性,加速了地震作用下坡体的滑动。土-岩接触面斜坡的破坏机理可以总结为地震放大效应、锁固段效应、启程剧动效应的先后作用,使得此类地层接触面斜坡表现出高速远程的滑动特征。含软化液化层滑坡远距离滑动的主要原因则可归结为液化层拖浮上覆断裂黄土层的远距离流滑。(4)构造节理型斜坡滑体的堆积特征主要是,大型块状滑体在坡脚前地表受摩擦拉裂及震荡作用的破碎解体堆积。土-岩接触面斜坡滑体最终堆积体停留在斜坡坡脚左右两侧的区域,坡脚处堆积体的厚度最大达18 m。含软化液化层斜坡滑体的堆积特征表现为斜坡上覆断裂破碎的黄土层,在液化层的拖浮作用不断向前流动堆积。不同类型斜坡滑体的速度及位移特征均较好的验证了其对应斜坡的破坏机理及运动特征。(5)基于能量守恒及牛顿第二运动定律推导的滑移距计算模型表明,滑坡后缘高度、滑动面倾角、地震作用强度、滑带土的强度值是地震作用下结构型滑坡滑距的主控因素。以静宁孙家沟滑坡及石碑塬液化滑移为例,对提出的滑移距计算方法模型进行了验证,基于验证结果中表现出的问题,对于滑移距模型中的摩擦系数的取值方法进行了优化。长期以来,对于黄土复杂坡体结构地震滑坡的研究多较为零散,相对系统的研究鲜有报到。本研究综合考虑了黄土地区典型的三类坡体结构因素,创新性的对比分析了不同结构斜坡地震作用下的破坏过程及滑体的运动特征,同时对于结构型黄土滑坡的运动滑移距模型的推导也有了一定的突破。研究成果填补了复杂坡体结构黄土斜坡,运动学特征及滑移距模型研究较少的空缺,对于黄土高原地震易发区的复杂坡体结构滑坡灾害的防治提供了理论依据及科学指导。

关键词： 离散元法   高填明洞   减载   结构优化   土压力  

摘要： 近年来,由于经济的快速发展和西部大开发的需要,黄土高原地区交通网络快速增多,加之该地区沟壑纵横的复杂地形,高填土、重荷载、弱地基的明洞越来越多。然而,高填黄土产生的较大土压力将导致明洞承受荷载能力不足,甚至出现裂缝和基础不均匀沉降,严重影响明洞正常使用和耐久性。且当填土高度过大时,仅仅通过单一的减载方式不能完全达到工程的要求,则有必要通过结构型式优化和减载耦合的方式来进一步增加填土高度,改善结构受力。因此,本文考虑了土体的离散性和不均匀性,采用了颗粒流软件PFC2D建立数值仿真模型,分析了不同减载方式、明洞结构型式以及考虑减载方式与明洞结构型式耦合作用下荷载分布规律,从细观上对土压力变化机理进行了解释,主要研究内容如下:(1)针对本文所涉及的回填材料(黄土和EPS板)分别建立了数值双轴试验、单轴侧限压缩试验,通过与前期所做室内模型试验所得宏观力学性能(应力应变曲线、弹性模量、泊松比、粘聚力和内摩擦角)的对比,确定了黄土和EPS板材料在颗粒流程序中所需的细观参数(压实度、密度、刚度和黏结强度)。为明洞模型的建立提供了相关的参数取值。(2)建立了不同截面型式高填黄土明洞颗粒流数值分析模型。通过分析土体宏观指标和细观指标的变化规律,对不同截面型式明洞受力进行了系统的分析。模拟结果表明:明洞截面型式的改变会对明洞自身的受力产生一定的影响,其明洞顶垂直土压力和两侧的侧向土压力大小均会发生变化,且明洞截面型式存在最优值矢跨比λ=1.0,在该最优截面型式下明洞顶垂直土压力、土颗粒相对位移和移动速度均最小,土颗粒等沉降面最低,明洞顶接触力链分布最为稀疏,明洞受力最合理。(3)建立了高填黄土减载明洞颗粒流数值分析模型,分析了减载材料EPS板特性(EPS板密度、厚度、宽度和铺设位置)和混凝土柱尺寸(高度和宽度)对土压力、土颗粒位移及土颗粒间细观接触的影响。模拟结果表明:在高填方明洞顶部铺设EPS板时,由于其自身的大变形卸载掉明洞顶部分土压力,将明洞顶部的荷载转移至明洞两侧,显著降低了明洞顶的垂直土压力,增大内土柱沉降,导致明洞侧墙承受较大的荷载,增大了侧向土压力。而在明洞顶布置EPS板的同时,在明洞两侧设置了混凝土柱,使得明洞顶的荷载转移到混凝土柱上方,有效地降低明洞上方外土柱土体的沉降,在减小外土柱的沉降的同时间接增大内土柱沉降,形成了较大的土颗粒相对位移,进一步减小了明洞侧向土压力和明洞顶垂直土压力。此外,EPS板特性(EPS板密度、厚度、宽度和铺设位置)和混凝土柱尺寸(高度和宽度)均存在土压力最小、土颗粒位移最大的最优值。其中,EPS板最优厚度、宽度和密度分别为T=0.1m、W=0.3m(1.5S)、ρ=15kg/m,混凝土柱最优高度和宽度分别为H=0.32m、B=0.17m,而EPS板铺设位置越靠近明洞顶减载效果越好。(4)建立了减载与截面型式耦合作用下的高填明洞颗粒流数值分析模型,分析了不同耦合工况下的土压力、土颗粒位移以及细观接触变化,模拟结果表明:耦合作用下EPS板特性和混凝土柱尺寸最优值均未发生变化。但明洞截面型式最优值发生了改变,在EPS板与明洞截面型式耦合时,明洞截面型式最优值为矢跨比λ=0.8,在EPS板+混凝土柱与明洞截面型式耦合时,明洞截面型式最优值为矢跨比λ=0.6。

关键词： 全球离散格网系统   六边形   多结构要素   一致瓦片   编码运算   模拟推演  

摘要： 在国家核心利益维护和战略发展空间扩展刚性需求牵引下,我国空天对地观测、地基传感器网络以及其他探测技术迅猛发展。各类传感器获取的海量数据不仅规模呈爆炸式增长,而且具有多来源、多尺度、多变量、高维度、非结构化、时空复合等特性,导致数据的表征、汇聚和处理愈加困难。“全球离散格网系统”(Discrete Global Grid System,DGGS)是递归剖分整个地球空间形成的多分辨率离散地球参考模型,有助于建立以空间位置为主键的数据关联新模式,有望成为支持地球空间数据融合处理的新一代数字地球参考模型。六边形全球离散格网系统具有理想几何特性,不仅是封闭球面上的最佳数据采样几何结构,而且也是支持多尺度计算的拓扑结构。目前相关研究主要关注格网单元的中心,忽略了顶点和边的作用,致使六边形全球离散格网系统的功能囿于多源空间数据融合处理,位置相关事件模拟推演的巨大潜力尚未充分释放。本文以四孔六边形全球离散格网系统为研究对象,尝试建立理论完备的多结构要素数学模型,根据其数学性质设计编码索引方案,通过实例验证多结构要素应用于事件模拟与推演方面的可行性和优势。论文的主要工作和贡献如下:1.引入复进制数建立平面四孔六边形格网系统格心、格点和格边的数学模型,弥补现有成果结构要素描述不全面的缺陷。通过严格的数学证明揭示无限平面格心是特殊形式的复进制数这一数学本质并推导格点、格边与格心的对应关系;建立并证明有限平面多结构要素唯一描述数学模型并据此提出编码及其运算法则。2.提出封闭二十面体表面的一致瓦片六边形层次结构(Hexagon Hierarchy on Uniform Tiles,HHUT),克服现有成果瓦片类型复杂、剖分方法不灵活的缺点。依据平面四孔六边形格网系统编码规则建立HHUT多结构要素编码模型,等价设计全球统一编码运算、编码转换算法。对比实验结果表明,HHUT格心编码邻近查询效率约是六边形格点四叉树(Hexagon Lattice Quad Tree,HLQT)的7.46倍,格心编码与地理坐标转换效率分别约是HLQT的2.74倍、1.73倍。3.提出顾及区域完整性的全球格网系统定位方法,解决现有格网系统无最优定位参数求解数学模型的难题。通过最小凸多边形代替球面局部区域,建立定位参数求解模型;平移、旋转多面体单位面,迭代求解最优定位参数,约束球面局部区域位于多面体单个面中心。对比实验结果表明,本文方法相较于人工经验尝试更精确且适用性更好。4.设计面向地理区域的最小外包四边形和最小外包六边形编码索引算法。采用行列号实现外包四边形编码索引并设计对象区域编码查询算法,采用HHUT格心编码实现外包六边形编码索引。对比实验结果表明,外包四边形索引效率高于外包六边形,适用于大区域不规则地理对象的编码查询;外包六边形编码索引效率约是HLQT索引算法的7倍,适用于小范围规则区域的编码查询。5.应用上述成果研究广域战场地理环境六角格建模与机动推演,采用真实数据并结合想定案例加以验证。提出战场地理环境栅格、矢量数据六角格多结构要素建模方法;面向部队机动建立环境要素与作战要素联合作用的效能模型,提出六角格多结构要素联合计算的部队机动最短时间路径规划算法;融合真实海陆地理环境数据,建立我国南海区域动态战场地理环境模型;设计部队越野机动实验验证全部算法的可行性和应用价值。实验结果表明,多结构要素六边形全球离散格网系统兼具数据建模和分析计算优势,是构建海陆一体广域战场地理环境模型、开展作战模拟与推演应用的新颖解决方案。

关键词： 风沙流   MPM模型   颗粒轨迹追踪   沙粒浓度   欧拉颗粒流模型  

摘要： 风沙侵蚀是造成土地沙化和干旱区地貌的关键原因,其中沙粒的浓度分布是影响输沙量,颗粒碰撞,风沙流结构等特征的受要因素,也是了解颗粒碰撞过程和风沙两相流耦合过程的重点研究内容。为了考虑沙粒与气流的力平衡、阻力和扭矩的变化、碰撞及摩擦等影响,本文在运用欧拉颗粒两相流模型研究的基础上,结合风沙运动颗粒流系统具备显著的跨尺度特征,运用了一种新的宏观颗粒模型来研究沙粒在气流中的运动。风沙运动中沙粒速度是风沙物理学研究的主要对象,为反映风沙流运动中沙粒相浓度变化及沙粒的速度分布,本文从多相流的角度出发,运用二维欧拉颗粒两相流模型对风沙的流动过程进行模拟。通过对比实验中沙粒的输沙率占比随高度的变化,验证了模型的准确性。研究表明,不同位置的沙相体积分数随时间流动呈现出不同的分布状态,分别为风沙流的起动阶段、发展阶段和稳定阶段。随着摩阻风速的增大,沙相体积分数在高度上的分布范围逐渐增大,在垂向方向上衰减速率越缓慢,其分布更加符合指数衰减规律。在此研究基础上,文中对沙相的运动信息进行统计分析,得出了在近床面区域沙相体积分布和沙粒各向速度分布特征。统计结果表明,在沙粒运动过程中,沙粒体积分数的对数在垂向方向上呈指数性规律衰减,并在同一高度出现浓度饱和分层,随着高度的增加,饱和值逐渐减小。通过对体积分数大等于10的沙粒速度信息进行统计,得到不同时刻沙相速度分布,并给出了相应的速度分布概率密度函数。通过前人的研究结果可以发现,宏观颗粒模型在不需要任何附加模型的前提下,能实现风沙两相耦合的准直接数值模拟,根据沙粒运动速度云图所示的风沙流运动状态的不同,沙粒浓度的垂向分布会呈现出结论不一致的现象。颗粒流系统的内在非线性是造成风沙流运动状态不均匀、不一致的主要因素。数值模拟结果表明利用宏观颗粒模型中的离散颗粒追踪、颗粒速度和位置等信息能够研究多相流条件下的风沙运动机理。文中还对不同粒径的沙粒在风速改变时的浓度、速度、轨迹、降落角和流场分布情况进行了讨论。结果表明,在风沙流运动中,降落角度受起跳角、颗粒碰撞和湍流等随机因素的影响大,随着风速条件的增大,沙粒降落角的概率密度分布逐渐趋于统一,最大概率密度处的沙粒降落角与单个沙粒的理论降落角越来越接近。沙粒的跃移距离和最大跳跃高度随风速的增加也开始增大,颗粒运动轨迹形式逐渐趋于一致。

关键词： 离散事件系统   当前状态不透明   等价库所   等价标识   结构子网  

摘要： 随着现代网络技术的发展,信息已经遍及人们生活的各个角落。信息安全问题成为人们面临的重要问题。针对信息安全的问题,研究者们提出不透明度这一概念。当入侵者观测系统时,无法推出敏感信息(称为“秘密”),表明系统具有不透明度。在离散事件系统中,不透明度可分为当前状态不透明、初始状态不透明以及语言不透明等。现有的基于标签Petri网判定当前状态不透明的方法,通常需要计算整个标签Petri网的可达标识或者基本标识。当标签Petri网状态数持续增大时,会引起状态爆炸,判定当前状态不透明的难度也会增加。为了降低判断系统不透明度的计算复杂性,本文基于结构分析离散事件系统的不透明度。分析标签Petri网模型,提出等价库所、等价标识以及结构子网的概念。根据结构子网的可达标识集以及等价标识的概念给出当前状态不透明的判定定理。通过化简标签Petri网的方式减少判定当前状态不透明的计算量,降低计算代价。本文的主要工作如下:1.针对当前状态不透明的研究,分析标签Petri网,提出前置等价库所、后置等价库所、前置等价标识以及后置等价标识的概念。先根据系统结构的特点,化简标签Petri网得到结构子网,再根据与观测序列一致的结构子网标识集以及后置等价标识的定义提出与观测序列一致的标识集合的定理。2.基于标签Petri网提出判定当前状态不透明的充分条件。只需要求解秘密标识集合的后置等价标识,通过所求的后置等价标识判定系统的当前状态是否透明。不需要计算标签Petri网的可达标识,也不需要求解与观测序列一致的标识集合,提高计算效率。3.基于标签Petri网提出判定当前状态不透明的充要条件。求解结构子网标识集和与观测序列一致的子网标识集合的后置等价标识,通过所求的后置等价标识判定系统的当前状态是否透明。通过减少标签Petri网的状态数使得判定当前状态不透明的计算量大大减少,降低算法的复杂度。提出半隐蔽标识的定义,根据与观测序列一致的结构子网标识集和半隐蔽标识提出当前状态不透明的判定定理。此定理不需要求解与观测序列一致的结构子网标识集合的后置等价标识,算法效率得到进一步提高。

关键词： 平面离散结构   多比特   多目标优化   基于分解的多目标进化算法(MOEA/D)   滤波器   功分器   定向耦合器  

摘要： 现代无线技术的迅猛发展,要求各类发射机和接收机的体积越来越小,性能越来越好。相应地,对平面微波无源器件的结构设计提出了新的要求。现有的平面微波无源器件结构设计方法主要包括面向常规结构或其组合/变形结构的参数优化法和面向简单离散结构(即单比特构型)的分布优化法。前者局限于能否找到具有实现高性能潜力的结构,后者受限于实现高性能与优化时间之间的矛盾。为了采用精细结构满足高性能设计又不显著降低优化搜索效率,本文采用多比特离散构型技术结合基于分解的多目标优化技术,实现高效和高性能的微波无源器件设计。论文的主要研究工作包括:1.提出了基于多比特离散构型的微波无源器件设计方案。通过在多比特离散构型单元中引入精细结构,无需对整个设计空间进行精细的均匀网格划分,即可实现高性能微波无源器件的优化设计,有效节约时间成本。从设计效率和电性能两个方面,明确了多比特构型技术的优势。此外,给出了平面多比特构型单元的选取原则,以及针对不同应用的体现形式。2.基于多比特离散构型的低通滤波器的设计。基于结合预置弯折直流传输结构和多比特碎片式结构加载的方案,采用离散结构和规则结构参数的整体优化策略,给出了新的高性能小型化低通滤波器设计技术。在设计空间、目标函数和决策空间相同的情况下,分别基于单比特和二比特离散构型技术设计了低通滤波器,对比结果表明采用二比特构型技术可以实现更高的性能及设计效率。3.结合过孔的多比特离散结构带通滤波器设计。提出了结合过孔的二比特离散构型的编码方案,分别针对规则和非规则设计区域,进行二比特离散构型设计,在无任何结构预置的情况下,实现了小型化、高矩形系数的二比特带通滤波器设计。较单比特构型结构和规则结构的带通滤波器设计相比,性能显著提升。4.结合集总元件的多比特离散构型的宽带功分器设计。针对Wilkinson功率分配器,首次给出了其隔离网络的理论约束判据,根据功分器端口的回波损耗、隔离度指标即可简便地确定采用不同隔离网络的功分器的带宽。进一步,提出了结合集总元件的多比特离散结构编码方案,将其用于多比特隔离网络优化,设计了宽带高性能Wilkinson功分器,并通过约束判据验证了设计的隔离网络的性能。5.新型比特离散构型技术探索。针对某些特定的应用场合,为了进一步减少优化时间并兼顾必要的精细结构,提出了 1+比特离散结构构型技术,并给出了其编码方案,获得小于二比特构型的设计矩阵。通过设计新型定向耦合器,验证了新的低比特构型技术的有效性。综上,本论文围绕多比特离散构型描述方法开展了典型平面结构微波无源器件设计研究,为高性能小型化的微波无源器件设计提供了一套全新的且更为有效的设计方法。

关键词： 渐进扩展逐层方法   三维离散损伤模型   疲劳损伤参数   分层扩展机理  

摘要： 复合材料层合结构具有良好的比强度、比刚度和优异的抗冲击性和可设计性,在许多领域都有广泛应用。复合材料层合结构常见的损伤模式有层间分层和面内裂纹,这些常见损伤会对结构造成灾难性影响。本文建立了一种用于分析损伤扩展的渐进扩展逐层方法(Progressive Extended Layerwise Method,PXLWM),对不同载荷条件下复合材料结构损伤的静态和疲劳问题进行了研究,主要内容包括以下三个方面:首先,在损伤位置处嵌入弹簧单元,将二维离散损伤模型(Discrete Damage Zone Model,DDZM)与扩展逐层方法相结合,建立有限元方程,并用牛顿迭代法求解,构建可以用于分析复合材料层合板分层扩展的渐进扩展逐层方法。在数值算例中,对含层间分层的复合材料层合板的接触问题进行分析,并研究了双悬臂梁(Double cantilever beam,DCB)的分层扩展问题,对比文献的结果和解析解验证了渐进扩展逐层方法的正确性。然后,通过研究双悬臂梁模型宽度方向网格对计算结果的影响,得到离散损伤模型初始刚度的修正公式,将二维渐进扩展逐层方法扩展至三维,用于分析复合材料层合板的分层渐进扩展。在数值算例中,对不同铺层角度的双悬臂梁、不同长宽比和宽厚比的复合材料层合板的分层扩展进行了分析,并研究了横向裂纹对分层扩展机理的影响。最后,将Peerlings损伤定律引入渐进扩展逐层方法,修正了离散损伤模型的损伤演化规律,将渐进扩展逐层方法应用于分析损伤的疲劳扩展问题,重新确定可以匹配实验结果的疲劳参数。通过调整网格尺寸进行多组计算,对疲劳参数进行修正。在数值算例中,对双悬臂梁模型进行疲劳寿命分析,确定多组应力-寿命曲线,并研究了铺层角度对模型疲劳寿命的影响。

关键词： 离散单元法   数值模拟   砌体墙体   砌体结构   地震作用  

摘要： 砌体结构是我国村镇地区最常见的建筑结构形式,历次地震中砌体结构的震损程度往往最为严重,对人们的生命和财产造成了不可挽回的损失。砌体由砂浆和砌块两种性能差异较大的材料砌筑而成,非连续性显著。目前针对砌体的数值仿真研究大多基于位移连续的有限元法展开,但砌体的破坏过程伴随着墙体的开裂和整体变形的不断增大,属于非连续及大变形问题。基于位移连续假设的有限元法在模拟分析时常出现破坏准则定义困难及收敛困难等问题,不完全适用于处理砌体结构问题。离散单元法是近年来解决非连续介质问题的一种颇具特色、富有发展前景的数值方法,其假定研究物体为散体介质的集合体,适用于砌体结构的大变形及大位移分析。本文将离散单元法引入到砌体的分析中,砌体定义为具有连续介质特征的块体和具有非连续介质特征的节理(灰缝)二者的集合体,最大程度的契合砌体的非连续组成特性。围绕离散单元法,主要工作内容及结论如下:(1)详细介绍了离散单元法的基本思想、基本方程和基本运算过程等内容,简述了离散单元法应用于砌体结构分析时,相关计算参数的选取。(2)基于三维离散单元法程序对三片无筋砌体墙的拟静力试验进行了模拟,并与试验墙体的骨架曲线及破坏模式进行对比,验证了建模方法及材料参数选取的有效性。表明基于摩尔库仑理论的块体本构及节理本构可有效表征砌体墙受外荷载作用时的受力性能。(3)分别建立不同高宽比、开洞率及竖向荷载作用下的砌体墙模型,基于离散单元法研究墙体参数改变条件下,墙体性能的变化规律。模拟结果表明,改变高宽比、开洞率及竖向荷载时墙体性能的变化规律与以往试验结果及模拟结果所得结论基本相似,离散单元法可有效用于砌体墙受静载作用时的承载力估算及破坏模式预测。(4)建立单层及双层砌体结构刚体离散元模型,在结构底部输入调幅后的强震作用速度时程,研究地震作用下砌体结构房屋的破坏过程。结果表明,离散单元模型能较准确模拟地震作用下砌体结构墙体的开裂模式,开裂位置和开裂现象与实际震害现象基本吻合,所得结论较为合理,离散单元法可有效用作低矮砌体建筑的破坏仿真模拟。